武廣鐵路客運專線高速接觸網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)與設(shè)備特點

景建民，周靜恒

(中鐵電氣化局集團(tuán)武廣鐵路客運專線四電集成項目經(jīng)理部,武漢 430074)

武廣鐵路客運專線高速接觸網(wǎng)部分是指全線所有正線部分,武廣鐵路客運專線是第一條中方自主集成高速客運專線,集成技術(shù)方案、設(shè)備選型和關(guān)鍵技術(shù)外方支持方案在鐵道部組織下完成優(yōu)化比選,中鐵電氣化局為系統(tǒng)集成商。國內(nèi)首次采用鎂銅150接觸線、彈性鏈型懸掛、隧道棘輪補償裝置和18號無交叉線岔等新技術(shù)和裝備。

1 高速接觸網(wǎng)技術(shù)方案

全補償彈性鏈型懸掛(正線)，接觸線截面為150 mm2的鎂銅合金接觸線,額定張力30 kN。承力索采用截面為120 mm2的鎂銅合金絞線,張力21 kN。如圖1所示。

圖1 武廣彈性鏈型懸掛系統(tǒng)(單位：m)

系統(tǒng)方案的原型為德國高速接觸網(wǎng)Re330[1],但接觸線不同,其截面為鎂銅120,也不同于西班牙EAC-350(承力索Cu 95，張力15.75 kN+接觸線150CuMg，張力31.5 kN)。不同于京津城際,其型式為全補償簡單鏈型懸掛,承力索Bz120張力21 kN+接觸線120CuMg張力27 kN。

系統(tǒng)方案確定的來源是：

(1)接觸網(wǎng)的運行速度不應(yīng)該超過70%的波動傳播速度。波動傳播速度是指力脈沖沿著接觸網(wǎng)(接觸線)向前移動的速度。

式中vmax——接觸網(wǎng)的最高運行速度；

c——波動傳播速度；

HF——接觸線的水平張力，N；

mF——接觸線的質(zhì)量常數(shù)，kg/m。

表1為國內(nèi)外同類型典型系統(tǒng)對比表。系統(tǒng)的選擇要綜合考慮車流密度、載流量、導(dǎo)線耐久性和動車運行方式等因素。從武廣高速重聯(lián)試驗情況看,150導(dǎo)線和彈鏈組合起決定性作用,是獨一無二懸掛方式。

表1 國內(nèi)外典型系統(tǒng)對比

(2)懸掛彈性和不均勻性

鏈形懸掛應(yīng)盡可能的硬直和均勻并且抬升應(yīng)盡可能的少，將通過如下措施達(dá)到此目的。

低跨距,一般是55～60 m；

高張力；

承力索,一般是165～225 N/mm2；

接觸線,新建一般是125～225 N/mm2；

使用彈性吊索,長度14～18 m(與跨距相關(guān))。

注：全補償簡單鏈型懸掛也是我國選用標(biāo)準(zhǔn),京津城際是簡鏈，但京滬高速鐵路是彈鏈。彈鏈追求懸掛的彈性不均勻度,通過主要系統(tǒng)(圖2)的比較便知,武廣鐵路客運專線的彈性不均勻度是國際上較好的。

圖2 彈性不均勻度比較

2 設(shè)備和器材特點

國外部分：絕緣子以內(nèi)零部件(其中國產(chǎn)化正線占20%,零部件結(jié)構(gòu)相同)；隔離開關(guān)(680臺)是國產(chǎn)化產(chǎn)品(主要部件消弧室和操作結(jié)構(gòu),設(shè)計是法方)；承力索、接觸線。

國內(nèi)部分：用量大的支柱、絕緣子需比選3家。其他產(chǎn)品基本是1～2家提供。

2.1 支柱和吊柱

看似簡單部分其實對方案和型號定型來說是復(fù)雜的。

所有支柱均采用H型鋼柱。容量分6種,底盤5種,打孔分類近300種，但已做到優(yōu)化。為盡可能避免每根支柱上的閑置安裝預(yù)留孔,同時還要兼顧各種支持結(jié)構(gòu)、補償裝置、橋隧過渡段、不同線路條件下安裝條件和站前基礎(chǔ)預(yù)留偏差情況等變化，大部分實現(xiàn)了孔內(nèi)安裝,其特點是美觀和部件安裝可靠性強。

對維護(hù)備用的建議：上部采用抱箍，下部推薦法蘭連接。

隧內(nèi)吊柱：基本結(jié)構(gòu)形式采用Re330德鐵(國內(nèi)客專新采用)。由于隧內(nèi)接觸懸掛跨距為40～50 m,一個吊柱只懸掛一支腕臂,而錨段關(guān)節(jié)都是雙腕臂,平均不到20 m有一個吊柱；且AF線(正饋線)懸掛間距是其一半。上下行都在中間部位,故顯得很多。如圖3所示。限界所限,成平行兩排。

圖3 隧道內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛示意

吊柱標(biāo)準(zhǔn)長度為4.12 m。當(dāng)隧道高度發(fā)生變化時,每40 mm為一檔進(jìn)行調(diào)整,但吊柱低端距離低軌面應(yīng)不小于4 950 mm。

底盤與吊柱的角度為3°，槽道間距偏差不便于完全通過底盤扁孔調(diào)節(jié),有幾個型號。

吊柱與建筑限界的關(guān)系：吊柱側(cè)面限界通常要求曲外2 700 mm,直線和曲內(nèi)2 800 mm。要符合與建筑限界的關(guān)系，特別是受電弓瞬間對地距離。這些對今后運行維護(hù)也很重要。吊柱在隧道內(nèi)安裝空間非常緊湊,安裝之前需要對每一處進(jìn)行詳細(xì)測量并確定吊柱的型號和安裝位置。如圖4所示。

圖4 吊柱與建筑限界的關(guān)系(單位：mm)

2.2 張力補償裝置

正線全部為棘輪型式(德鐵的方式)。產(chǎn)品由BB公司和寶雞保德利提供。

棘輪的優(yōu)點(和滑輪相比)：本體為鋁合金,斷線事故情況下具有制動性，安裝到位后不易產(chǎn)生補償繩偏磨現(xiàn)象，是安裝、維護(hù)的重點部位(弓網(wǎng)質(zhì)量的基礎(chǔ))。修缺的要點是本體的垂直度和隧道內(nèi)墜砣框架的垂直、補償繩的纏繞正確。

2.3 接觸網(wǎng)零部件特性

腕臂支持結(jié)構(gòu)全部為鋁合金結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：防腐蝕、質(zhì)量輕、易安裝維護(hù)。國內(nèi)通常采用鋁合金和鋼結(jié)構(gòu)兩種方案。缺點：鋁合金零部件價格貴,制造工藝不易做到。

主要部件連接方式不是采用傳統(tǒng)的螺栓,是頂絲螺栓,方便預(yù)配和維護(hù)。如圖5所示,零件與鋁合金管的連接采用頂絲螺栓。

圖5 頂絲螺栓連接(單位：mm)

與承力索、接觸線相關(guān)所有連接線夾均為銅合金。

電連接線夾為一次壓接型,安全可靠但不便移動更換。

2.4 錨段關(guān)節(jié)

通常為5跨錨段關(guān)節(jié)(德鐵的方式)。

絕緣和非絕緣關(guān)節(jié)在兩懸掛間距上沒有區(qū)別,在轉(zhuǎn)換柱各部件間距要求不同。

5跨關(guān)節(jié)特點是：保證導(dǎo)線走向在內(nèi)轉(zhuǎn)換跨中心成屋脊?fàn)?比正常導(dǎo)高高40 mm),這是弓網(wǎng)性能的重點,如圖6所示。

圖6 五跨錨段關(guān)節(jié)(單位：cm)

2.5 接觸網(wǎng)分相

在變電所、分區(qū)所出口附近設(shè)置接觸網(wǎng)電分相裝置,電分相采用帶中性段、空氣間隙絕緣的錨段關(guān)節(jié)形式。

京津城際及其他線通常采用(圖7)方式,無電區(qū)大于雙弓間距(約200 m)。

圖7 中性區(qū)長度大于雙弓間距

武廣鐵路客運專線首次采用使中性段的長度小于雙弓間距(短分相方案，圖8)。中性區(qū)不大于190 m。

圖8 中性區(qū)長度小于雙弓間距(單位：mm)

特點：分相由6跨組成,懸掛點A處需要3支腕臂。由于是2個4跨錨段關(guān)節(jié)組成且導(dǎo)線走向突變,高速弓網(wǎng)性能不宜保證,但通過弓網(wǎng)仿真計算,結(jié)果還好,基本滿足動態(tài)接觸壓力要求。6跨分相關(guān)節(jié)是施工維護(hù)的重點部位。優(yōu)點：速度損失少,風(fēng)險為無列控下的司機操作要準(zhǔn)確。

2.6 無交叉線岔(圖9)

武廣鐵路客運專線所采用的無交叉線岔原理不同于以往工程的無交叉線岔(如廣深鐵路),是首次在高速鐵路采用。試驗效果不錯,滿足弓網(wǎng)性能要求。

特點：始觸區(qū)旁安裝交叉吊弦,動態(tài)情況下正線受電弓不接觸側(cè)線導(dǎo)線。是安裝維護(hù)的重點部位。優(yōu)點：可靠性較好,弓網(wǎng)性能良好。

圖9 無交叉線岔平面原理圖和交叉吊弦(單位：m)

2.7 隔離開關(guān)

隔離開關(guān)形式有：雙極(電動負(fù)荷、電動、上下行并聯(lián)、上網(wǎng)電動、帶接地雙極)和隧內(nèi)單極共2類，6種。

以往工程牽引變電所亭的饋線開關(guān)通常設(shè)在變電所或分區(qū)所內(nèi),現(xiàn)設(shè)置在網(wǎng)支柱上了,這也是國外的方案。優(yōu)點：節(jié)省土地征用,饋線電纜的停電維修方便。全線網(wǎng)開關(guān)數(shù)量達(dá)近700臺。包括車站兩端絕緣關(guān)節(jié)開關(guān),全部納入遠(yuǎn)動控制。網(wǎng)專業(yè)維護(hù)量大。隧道內(nèi)也設(shè)有24處。

3 性能評估與建議

武廣鐵路客運專線從2009年6月長沙以北開始靜態(tài)驗收和聯(lián)調(diào)聯(lián)試,7月～10月逐步向南推進(jìn),接觸網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)方案和設(shè)備選型沒有出現(xiàn)什么偏差和問題,總體上滿足了各方的認(rèn)可和靜動態(tài)試驗要求,值得總結(jié)和推廣應(yīng)用。根據(jù)工程實踐,筆者認(rèn)為(1)隔離開關(guān)安裝方式上應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化,隔離開關(guān)和避雷器組合在同一支柱和肩架上,顯得頭重腳輕,設(shè)備引線絕緣間隙不易保證。(2)組合定位裝置應(yīng)優(yōu)化設(shè)計方案,現(xiàn)采用的正反定位管不同坡度來滿足動態(tài)包絡(luò)線要求,其安裝維護(hù)的狀態(tài)檢查和確認(rèn)工作困難。

[1] 德國接觸網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)Re100、Re160、Re200、Re250、Re330[S]．

[2] [德]Kieβling,Pusschmann,Schmieder.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司譯.北京：中國電力出版社,2003．

[3] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社,2003．

[4] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.武廣鐵路客運專線接觸網(wǎng)施工設(shè)計文件[Z].武漢：2008．

[5] 中鐵電氣化局集團(tuán)和德國Balfour Beatty Rail公司.中外聯(lián)合設(shè)計接觸網(wǎng)基本設(shè)計[R].2007．